Исследователи из Стэнфорда годами работали над разработкой технологии, которая однажды могла бы помочь людям с параличом снова использовать свои конечности и позволить инвалидам использовать свои мысли для управления протезами и взаимодействия с компьютерами.
Команда сосредоточилась на улучшении интерфейса мозг-компьютер, устройства, имплантированного под череп на поверхность мозга пациента. Этот имплант соединяет нервную систему человека с электронным устройством, которое может, например, помочь восстановить контроль над моторикой человеку с травмой спинного мозга или человеку с неврологическим заболеванием, таким как боковой амиотрофический склероз, также называемый болезнью Лу Герига.
Нынешнее поколение этих устройств регистрирует огромное количество нейронной активности, а затем передает эти мозговые сигналы по проводам на компьютер. Но когда исследователи попытались создать для этого беспроводные интерфейсы мозг-компьютер, для передачи данных потребовалось столько энергии, что устройства генерировали слишком много тепла, чтобы быть безопасным для пациента.
Путь к беспроводному устройству
Теперь команда, возглавляемая инженерами-электриками и нейробиологами Кришной Шеной, Ph.D., и Борис Мурманн, к.D., и нейрохирург и нейробиолог Джейми Хендерсон, доктор медицины, показали, как можно было бы создать беспроводное устройство, способное собирать и передавать точные нейронные сигналы, но использующее десятую часть мощности, необходимой для современных проводных систем. Эти беспроводные устройства будут выглядеть более естественно, чем проводные модели, и предоставят пациентам более свободный диапазон движений.
Аспирант Нир Эвен-Чен и докторант Данте Мураторе, Ph.D., описать подход команды в статье Nature Biomedical Engineering.
Неврологи команды определили конкретные нейронные сигналы, необходимые для управления протезом, например, роботизированной рукой или компьютерным курсором. Затем инженеры-электрики разработали схему, которая позволит будущему беспроводному интерфейсу мозг-компьютер обрабатывать и передавать эти тщательно идентифицированные и изолированные сигналы, используя меньше энергии и, таким образом, делая безопасную имплантацию устройства на поверхность мозга.
Тестирование идеи
Чтобы проверить свою идею, исследователи собрали нейронные данные у трех нечеловеческих приматов и одного человека, участвовавшего в клиническом испытании (BrainGate).
Когда испытуемые выполняли двигательные задачи, такие как размещение курсора на экране компьютера, исследователи проводили измерения. Полученные данные подтвердили их гипотезу о том, что беспроводной интерфейс может точно управлять движением человека, записывая подмножество сигналов мозга, связанных с конкретным действием, вместо того, чтобы действовать как проводное устройство и собирать сигналы мозга в большом количестве.
Следующим шагом будет создание имплантата на основе этого нового подхода и проведение серии тестов для достижения конечной цели.